新时期水土保持内涵及与相关科学的关系

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(长江科学院 水土保持研究所，武汉 430010)

1 研究背景

水是生命之源，土是生存之本，水土资源是人类生存和发展的基本条件，是不可替代的基础资源，是生态系统中最活跃的要素。水土流失的直接后果就是导致资源破坏和生态环境恶化，加剧自然灾害和贫困，危及国土和国家生态安全，严重制约经济社会发展。据亚行估算，水土流失给我国带来的总体经济损失相当于当年GDP总量的4.1%。水土流失不仅是我国重大的资源问题，也已经成为头号的生态环境问题[1]。

当前我国正处在推进生态文明建设、全面建成小康社会的关键时期，党中央、国务院高度重视水土保持工作，连续多年的中央1号文件都对水土保持工作提出了明确要求[2]。水利部党组根据新形势发展的要求，明确提出了水土保持工作的最高目标和努力方向是实现水土资源的可持续利用和生态环境的可持续维护[3]。加快水土流失防治步伐，改善生态环境，协调好人与自然的关系，实现水土资源的可持续利用和维系良好的生态环境，促进经济社会的可持续发展，是生态文明建设的基础，是落实科学发展观、全面建设小康社会的一项重大而紧迫的战略任务[4]。

面对新形势，水土保持进入了一个新的科学发展时期，水土保持科学理论也需与时俱进，以满足愈来愈高的目标与要求。笔者结合多年的水土保持科研经历，思索新时期水土保持内涵，与相关同仁共勉，以促进水土保持学科发展，更好地支撑我国水土保持生态文明建设。

2 水土保持内涵

水是生命之源，是地球上分布最广泛的物质之一，以气态、液态和固态3种形式存在于空中、地面与地下，成为大气中的水、海洋水、陆地水以及动植物有机体内的生物水，一切生物离开水便不能生存。土是万物生长之本，是地球表面陆地部分上下一定范围内岩石、土壤、水、植被等构成的自然综合体。尤其是土壤，它是地壳表面在一定的环境条件下通过生物的长期活动所形成的产物，既是生物圈的一部分，又是生物圈中生物得以栖息的场所，更是一切生物所需水和养分的载体[5]。水与土相互协调与制约，构成了自然界生物、能量系统循环交换的基础[5]。从整个地球来讲，人类在生物圈中的生存与发展，以至目前人类和万物的繁荣昌盛，主要有赖于以往水土相互协调或比较协调的生态环境[6]。然而这种协调关系，随着人类生产活动，尤其是经济利益的驱动，掠夺式的经营方式不断加剧，对生物圈内所形成的水土相互融洽协调关系产生明显干扰，水土协调机制被破坏。如目前经果林措施，在南方发展十分迅速，由于缺乏科学规划，盲目开发，不少地方一哄而上，追求开发速度和集中连片，毁林开垦和陡坡开垦，很多果园、茶园开到了山顶，且习惯对地表全面除草，地表缺乏覆盖保护，造成严重的水土矛盾，其水土流失强度甚至高于坡耕地。水土流失的发生和加剧，就是水土矛盾或水土对立的具体表现，也是自然界对人类的一种惩罚[6]。

《中华人民共和国水土保持法》的立法目的是：为了预防和治理水土流失，保护和合理利用水土资源，减轻水、旱、风沙灾害，改善生态环境，保障经济社会可持续发展。预防和治理水土流失是水土保持工作的基本要求；保护和合理利用水土资源是防治水土流失的途径和手段；减轻水、旱、风沙灾害、改善生态环境，保障经济社会可持续发展是水土保持工作的最终目的[7]。

《中国水利百科全书》(水土保持分册)中明确指出[8]：水土保持是研究水土流失形式、发生原因和规律，水土保持基本原理，据以制定规划和运用综合措施，防治水土流失，保护、改良与合理利用山丘区、风沙区水土资源，维护和提高土地生产力，充分发挥水土资源的生态效益、经济效益和社会效益，以改善农业生产条件，建立良好生态环境的应用技术科学。

无论从水土保持法对水土保持的要求，或是水土保持专业的定义，都可以看出水土保持是一门综合性很强的应用技术科学，涉及地球生物圈最活跃的水与土2大要素，其根本任务即为全力协调水土之间的关系，其具体内涵包括：

(1) 对目前水土关系“融洽”的要保持、保护。由于水土资源的基础性、有限性、脆弱性等特点，决定了水土保持的出发点是有效保护水土资源，使之“和谐、融洽”，从而保障可持续地利用[1]。

(2) 对水土关系有矛盾的要努力修复，使之“融洽”。通过人为适当科学的干预，如采取水土保持综合治理措施，减轻水土流失，使水土关系恢复大自然可自控的程度，帮助建立其新的协调平衡机制。

(3) 水土保持并非是根治水土流失，而是将水土流失控制在容许范围内。容许范围内的水土流失本是地球再造的自然现象，是维系生物圈正常的物质循环、能量流动和信息传递必不可少的基础和环节，如适当的水土流失进入水体，给予水体生物最基本营养物质。完全没有水土流失，水体生物难以生存，也不会有下游的冲积平原，上游的“清水下泄”还会导致下游崩岸严重等。

(4) 水土保持领域不再局限于山丘区、风沙区等农村范围，而逐渐向平原等城市延伸。尤其是国家基础设施建设及城市化发展，生产建设项目造成的人为水土流失愈显严重。

在努力协调好水土关系的同时，还要必须充分意识到人与自然的和谐，摒弃过去人定胜天、战天斗地等单纯的对自然征服和改造的思维方式，转变为尊重和顺应自然规律，在人与自然和谐理念的指导下，以人为本、保护优先，突出预防为主，强调对原生态、原地貌植被的保护，可持续保护水土资源和生态环境，充分发挥生态自我修复能力[3]。只有这样，才能设法把水贮蓄在土中，涵养在原地，以利于各种生物生存活力的相互补偿和大小水系的碧波荡漾，使人类活动对自然界的影响得以调节和控制，以保护和改善人类的生存环境[6]。

3 水土保持理论基础及其与相关学科的关系

3.1 土壤侵蚀原理

土壤侵蚀原理是水土保持科学研究的基础，主要内容包括土壤侵蚀形式、发生发展规律、影响因素、以及控制措施等[9]。

首先土壤、母质及浅层基岩是土壤侵蚀作用和破坏的主要对象。不同的土壤具有不同的蓄水、透水和抗蚀能力，改良土壤性状，提高土壤抗蚀性对防治水土流失有着重要作用。这与农学中的土壤学、土地资源学关系非常紧密。

其次在侵蚀外营力降雨(雪)、风等气象、气候作用下，造成水力侵蚀、风力侵蚀、冻融侵蚀等土壤侵蚀类型，并形成不同的水土流失规律。水力学、水文学的原理与方法对于研究径流泥沙的形成和搬运具有重要的意义。与之密切相关的学科主要是地球科学中的气象学和水文学。在侵蚀外营力重力作用下，形成重力侵蚀，如滑坡、泥石流等涉及地基、地下水等问题的研究，需要运用第四纪地质学及水文地质学、工程地质学的专业知识，与之密切相关的学科主要是地球科学中的地质学、岩土力学等。

再次在土壤侵蚀影响因素中的地形地貌，既是水力侵蚀、风力侵蚀、重力侵蚀及冻融侵蚀等影响因素，同时也是土壤侵蚀对下垫面侵蚀对象塑造的结果。与之密切相关的学科主要是地球科学中的自然地理学。

在研究从坡面到沟整、从上游到下游、从风蚀地到风积地土壤侵蚀发生发展规律时，无论是水力侵蚀、风力侵蚀还是重力侵蚀等涉及的径流、泥沙、风沙流等，还是力学中的流体力学、水利工程中的水力学、地球科学中的水文学等学科都是其重点关注的内容。

土壤侵蚀造成土地资源破坏、泥沙淤积、水质污染等，导致生态环境恶化，以及引发的一系列生态环境问题，不仅是水土保持防御重点，也是环境科学的重要研究内容。

最后在土壤侵蚀控制方面，如通过改良下垫面土壤性状、微地形，种植植物，建设水土保持工程等各种手段和方法，保护下垫面，防治土壤侵蚀发生发展，从而保护和改善生态环境。其中涉及的学科包括地球科学中的土壤学、林学和水利工程。

3.2 水、沙平衡原理

水、沙平衡原理是水土保持措施设计与规划布局的主要理论依据之一，主要包括水循环与水量平衡、土壤容许流失量和冲淤平衡等3方面内容。

3.2.1 水循环与水量平衡

水循环表示地球上各种形式的水体相互转化，通过蒸发蒸腾、水汽输送、降水、下渗、地表径流和地下水径流等一系列环节，在大气圈、水圈、岩石圈和生物圈间不断循环的过程[10]。在水土保持中主要用于分析降雨径流利用潜力、评估水土保持效益、布设坡面及沟道径流调控措施，以达到高效利用雨水资源的目的。水量平衡表示在给定任意尺度的时域空间中，水的运动(包括相变)有连续性，在数量上保持着收支平衡，是水文现象和水文过程分析研究的基础，也是水资源数量和质量计算及评价的依据[10]。在水土保持中主要用于评估水土保持效益、构建径流预测模型等。

水循环与水量平衡涉及地球科学中的气候学、水文学和水资源学、水利工程中的水力学、农学中的农田水利学等学科。

3.2.2 土壤容许流失量

一般认为，成土速率、土地生产力、河湖泥沙淤积的控制程度是制定土壤容许流失量必不可少的3个因素[11]。土壤容许流失量是土壤侵蚀分类分级的重点判别指标，是制定合理的水土流失控制目标，进行水土保持规划，配置水土保持措施的重要依据。首先成土速率土是指基岩风化产物、各种松散沉积物(成土母质)在物理化学和生物作用下发育形成土壤的速度，主要受母质、生物、气候、地形和时间等影响[12]。涉及农学中的土壤学，地球科学中的自然地理学、地质学等学科。土地生产力是指作为劳动对象的土地与劳动和劳动工具在不同结合方式和方法下所形成的生产能力和生产效果，是鉴别土地质量的重要依据[13]。涉及农学中的土壤学、作物耕作学等学科。而河湖泥沙淤积的控制程度明显属于水利工程中河流泥沙工程学的主要内容之一。

3.2.3 冲淤平衡

某一河段在特定水流河床演变条件下有一定挟沙能力，当上游来沙量与水流挟沙能力互相适应时，水流处于输沙平衡状态，河床保持相对稳定，即为冲淤平衡[14]。在陆面破坏植被，产生水土流失导致泥沙进入河道，或通过水土保持措施，控制水土流失，以及在河流上游兴建水库或其他工程设施都可能改变天然河流的来水来沙或河床边界条件，从而破坏河流的平衡状态，引起河床的冲淤变化。研究水沙冲淤变化是评价区域或流域水土流失程度和水土保持效果的重要指标，同时也是水利工程中河流泥沙工程学、防洪工程、水工结构、水力学的主要内容之一。

3.3 生态系统平衡原理

生态平衡是指在一定时间内生态系统中的生物和环境之间、生物各个种群之间，通过能量流动、物质循环和信息传递，使它们相互之间达到高度适应、协调和统一的状态，系统内各组成成分之间保持一定的比例关系，结构和功能处于相对稳定状态，在受到外来干扰时，能通过自我调节恢复到初始的稳定状态[15]。

水与土作为生态系统中最活跃的因素，构成了生态系统生物、能量系统循环交换的基础。水与土相互协调，相互制约，对维持生态系统平衡具有至关重要的作用。由于人类不合理的生产活动，导致水土流失，干扰了水与土的融洽协调关系，必然破坏其原来的生态平衡，造成生态系统退化。此时，要对生态系统恢复和重建时，遵循生态系统平衡原理是其基本要求，尊重生态系统恢复客观规律，在查找生态系统退化的驱动因子的基础上，合理设计退化生态系统恢复与重建的技术体系，既要努力协调好水土关系，还要必须充分意识到人与自然的和谐，使生态系统的结构、功能和生态学潜力尽快地恢复到原有的乃至更高的水平[16]。生物学中的生态学、恢复生态学理论给予了水土保持理念的重要理论参考。

3.4 可持续发展原理

可持续发展的核心是既满足当代人的需要，又不对后代人满足其需要的能力构成威胁[1]。人类历史发展到今天，已经达到了人与自然资源和环境难以维持平衡的关键阶段，现代人类活动的规模和性质已经对人类后代的生存构成了威胁。在这个背景下，可持续发展已成为对所有自然资源保护与开发利用的准则，当然也是水土保持准则[16]。当今世界各国都把提高本国的可持续发展能力作为增强竞争力的关键。实施可持续发展战略是我国的一项基本国策。水利部明确提出了水土保持工作的最高目标和努力方向是实现水土资源的可持续利用和生态环境的可持续维护，正确处理好人与自然的关系，处理好水土保持与发展地方经济的关系，处理好经济发展和生态保护的关系，实现生态效益、经济效益和社会效益协调发展，达到良性循环[3]。可持续发展目标是检验和衡量水土保持成效的重要标准，是对水土保持理论、实践的提炼和升华[3]。社会学与经济学为水土保持学科奠定了可持续发展基石。

3.5 系统科学原理

系统科学是以系统为研究对象的基础理论和应用开发的学科组成的学科群，它着重考察各类系统的关系和属性，揭示其活动规律，探讨有关系统的各种理论和方法[17]。系统科学为水土保持学科的建立和发展提供了重要思维方式和手段，也为全面认识水土保持作为一门综合性应用技术科学提供了方法[16]。

水土保持中的造林、种草、建坝、修梯田等是其治理的必要措施，也是最基本的内容，但不能涵盖水土保持工作的全貌。为适应新形势发展需要，现在水土保持的内涵在原来传统的基础上，逐步向纵深发展，水土保持不再是分散、单一措施治理，也不是单纯防护性治理[18]，而是以小流域为单元，在全面规划的基础上，合理安排农、林、牧等各业用地，因地制宜地布设工程、林草、耕作等综合治理措施，治理与开发相结合，对流域水土等自然资源进行保护、改良与合理利用[19-21]。

4 结 语

综上所述，水土保持是一项综合而复杂的系统工程，学科理论非常丰富，与农学、地球科学、林学、水利工程、生物学、环境科学、信息科学与系统科学、社会学、经济学等学科关系十分密切。这些学科为水土保持科学的发展提供了基本理论基础，经吸收、转化、改进，并升华，且水土保持科学的发展，也不断充实了其它学科的内容。随着水土保持科学发展，其理论基础不仅限于此，还将吸收更多学科的理论。

水土保持涉及到地球表面的整体，由于生产和科学的发展，促使水士保持科学在地学的基础上，由农学土壤科学和林学的一个分支学科步入与世界和人类的未来息息相关的应用技术科学。新时期新要求，水土保持科学必然在深度和广度上都将有划时代的发展，以期使地球上有限的水、土及生物资源能更有效，更长期地维持人类生存发展的需要。

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